Graphene
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17.09.2015 Seite 215 0

Graphen

Graphen ist eine Kohlenstoffmodifikation mit zweidimensionaler Struktur und einer Vielzahl außergewöhnlicher Eigenschaften wie sehr guter Leitfähigkeit, Transparenz und extremer Zugfestigkeit. Eine der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten ist es, Graphen anstelle von Silizium als Transistormaterial einzusetzen. Aber auch der Einsatz in transparenten Elektroden, Superkondensatoren und Akkumulatoren wird bereits erforscht.

Entsprechend dieser Anwendungen ist eine frühzeitige und entwicklungsbegleitende Normung und Standardisierung wichtig, um der Forschung und der Industrie entsprechende Spezifikationen zur Verfügung zu stellen, auf denen weiter aufgebaut werden kann. Neben Mess- und Prüfverfahren für die verschiedenen Erscheinungsformen von Graphen sind entsprechende Prozess- bzw. Verfahrensnormen für die Herstellungs- und Verarbeitungsformen aber auch Kompatibilitätsnormen wichtig, um zum richtigen Zeitpunkt den Markteintritt zu unterstützen.

Die Europäische Kommission förderte die Graphen-Forschung im 7. Forschungsrahmenprogramm und seit Oktober 2013 vor allem im Rahmen des Graphene Flagships. Das Graphene Flagship koordiniert 142 Forschungspartner aus der Wissenschaft und Industrie und wird mit insgesamt 1 Milliarde Euro über 10 Jahre gefördert. Ziel des Förderprogramms ist es, Graphen von der wissenschaftlichen Forschung hin zur kommerziellen Anwendung zu bringen. Normung und Standardisierung kann und soll diesen Prozess maßgeblich unterstützen. Im März 2015 wurde hierfür der CENELEC Workshop „Specifications for graphene and related materials“ gegründet. Derzeit werden vor allem Standards zur Charakterisierung von Graphenmaterialien und Templates für die umfassende Beschreibung der Materialeigenschaften erarbeitet. Es ist aber zu erwarten, dass sich eine zunehmende Anwendungsorientierung der Forschung in den nächsten Jahren auch in der Art der Standardisierungsprojekte widerspiegeln wird.

Kontakt

Dr. Kerstin Sann-Ferro
Struktur von Graphenen
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Mittlerweile wird an fünf Dokumenten gearbeitet:

  • KCC01 „Nanomanufacturing - Key control characteristics – Graphene – Structural quality of monolayer graphene analyzed by Raman spectroscopy“
  • KCC02 „Nanomanufacturing - Key control characteristics – Graphene – Evaluation of the number of layers using simultaneous Raman and optical spectroscopy“
  • KCC03 “Nanomanufacturing - Key control characteristics – Graphene – Measurement of sheet resistance“
  • KCC04 „Nanomanufacturing - Key control characteristics – Graphene – Bending test for graphene-based flexible electrodes“
  • BDS01 „Nanomanufacturing - Material specifications – Graphene – Blank detail specification for graphene flakes“

Auch in den internationalen Normungsgremien

ist das Thema Graphen mittlerweile eines der Hauptthemen innerhalb des Arbeitsprogrammes.

Folgende Projekte sind derzeit in der Bearbeitung:

  • IEC/TS 62565-3-1 Ed. 1.0 "Nanomanufacturing – Material specifications – Part 3-1: Graphene – Blank detail specification"
  • IEC/TS 62565-3-2 Ed. 1.0 "Nanomanufacturing – Material specifications – Part 3-2: Graphene – Graphene for use in ink formulations"
  • IEC/TS 62607-6-1 Ed. 1.0 "Nanomanufacturing – Key control characteristics – Part 6-1: Graphene – Resistance of graphene powder”
  • IEC/TS 62607-6-2 Ed. 1.0 "Nanomanufacturing – Key control characteristics – Part 6-2: Graphene – Evaluation of the number of layers of graphene"
  • IEC/TS 62607-6-3 Ed. 1.0 "Nanomanufacturing – Key control characteristics – Part 6-3: Graphene – Evaluation of graphene domains and defects"
  • IEC/TS 62607-6-4 Ed. 1.0 “Nanomanufacturing – Key control characteristics – Part 6-4: Graphene – Non-contact conductance measurement using resonant cavity”
  • IEC/TS 62607-6-5 Ed. 1.0 “Nanomanufacturing – Key control characteristics – Part 6-5: Graphene – Sheet resistance and contact resistance measurement using the transmission line methods”
  • ISO/TS 80004-13 “Nanotechnologies – Vocabulary – Part 13: Graphene and other two dimensional materials”
  • ISO/TR 19733 PWI/TR 113-81 "Matrix of characterization and measurement methods for graphene"

Es zeigt sich, dass vor allem zwischen dem Graphene Flagship und dem IEC/TC 113 hinsichtlich der Charakterisierung von Graphenmaterialien Parallelen existieren. Dennoch gab es bis zur Initiierung des CENELEC Workshops keine direkte Verbindung bzw. Zusammenarbeit, was in erster Linie der Komplexität und dem Zeitaufwand der internationalen Normung geschuldet war. Der CENELEC Workshop bietet den Experten des Flagships und anderer EU-geförderter Graphenprojekte nun die Möglichkeit, sich einfach und unkompliziert in die Normung einzubringen. Er unterstützt zudem auch den projektübergreifenden Austausch zwischen den Experten und hilft so, unnötige Doppelarbeit zu vermeiden.

Die durch den CENELEC-Workshop zur Verfügung gestellten Dokumente (sogenannte CENELEC Workshop Agreements, CWAs) sind weltweit in allen Normungsdatenbanken zu finden, sodass eine weite Verbreitung sichergestellt ist. Gleichzeitig sollen diese CWAs mit Veröffentlichung als Grundlage für die internationale und vollständig konsensbasierte Normung im IEC/TC 113 vorgeschlagen werden, um schlussendlich den Erfahrungsaustausch zwischen den europäischen Graphen-Forschungsprojekten und dem IEC/TC 113 sicherzustellen und gemeinsam die internationale Normung für Graphen voranzutreiben.